基于原子力显微镜的纳米尺度摩擦力的速度依赖关系

以硅为探针、带有自然氧化物的硅(100)晶面为基底样品,利用原子力显微镜研究了探针扫描速度对于单个微凸体系统中摩擦力的影响.首先,利用热噪声标定法测量出硅悬臂梁的法向弹簧常数和法向灵敏度;然后,利用改进的楔形校准法,通过扫描三角光栅得出侧向灵敏度;最后,测量出扫描区域为15μm×15μm、正压力为-5～10 nN、扫描速度为2.5～1 000μm/s下的摩擦力.实验结果表明,不同速度下摩擦力随正压力的增加呈近似线性增加,服从经典库仑定律.当扫描速度小于40μm/s时,速度增加所导致的摩擦力的增加不明显;当扫描速度大于40μm/s时,速度增加则引起摩擦力急剧增加.该结果与热激发的Tomlinson模型的计算结果吻合.